JPH09196706A - Optical encoder - Google Patents
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- JPH09196706A JPH09196706A JP8028596A JP2859696A JPH09196706A JP H09196706 A JPH09196706 A JP H09196706A JP 8028596 A JP8028596 A JP 8028596A JP 2859696 A JP2859696 A JP 2859696A JP H09196706 A JPH09196706 A JP H09196706A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
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- H03M1/301—Constructional details of parts relevant to the encoding mechanism, e.g. pattern carriers, pattern sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/36—Forming the light into pulses
- G01D5/38—Forming the light into pulses by diffraction gratings
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、所定ギャップを
おいて相対移動可能に配置された第１，第２の部材の相
対変位を光学的に測定する光学式エンコーダに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical encoder for optically measuring the relative displacement of first and second members arranged so as to be relatively movable with a predetermined gap.
【０００２】[0002]
【従来の技術】二つの部材間の相対変位を光学的に測定
する光学式エンコーダは、基本的に２種の格子の重なり
の変化による明暗パターンの変化を検出するもので、そ
れぞれ所定ピッチの格子が形成されたメインスケールと
インデックススケールを用いて構成される。メインスケ
ールによる明暗像を得るための照射光としてコリメート
光を用いると、スケールピッチを微細化したときに回折
の影響が大きくなり、明瞭なメインスケールによる明暗
像が得られにくくなる。2. Description of the Related Art An optical encoder for optically measuring a relative displacement between two members basically detects a change in a bright and dark pattern due to a change in an overlapping of two kinds of gratings, and each grating has a predetermined pitch. Is formed by using a main scale and an index scale. When collimated light is used as the irradiation light for obtaining the bright and dark image by the main scale, the influence of diffraction becomes large when the scale pitch is made fine, and it becomes difficult to obtain a clear bright and dark image by the main scale.
【０００３】これに対して、積極的に回折像パターンを
利用する方式の光学式エンコーダもある。例えば、光源
波長に近いピッチのメインスケールを用い、コリメート
光をメインスケールに照射して、±１次回折光と０次光
（非回折光）が重なるギャップ位置でピーク値を示すス
ケールパターンに対応する明暗像パターンを得ることが
できる。但しこの方式は、所定のギャップ位置から外れ
ると明瞭な明暗パターンが得らず、メインスケールの格
子ピッチをＰ、光源波長をλとして、メインスケールか
ら距離Ｐ2／λ（またはその整数倍）の位置に正確にイ
ンデックススケールを配置することが必要になる。例え
ば、スケール格子ピッチＰ＝８μm 、光源波長λ＝７０
０ｎｍとすると、Ｐ2／λ＝９１．４μm となる。この
様な小さいギャップを正確に調整することは難しく、ま
た位置決めができたとしても僅かなギャップ変動がＳ／
Ｎを大きく劣化させる。On the other hand, there is an optical encoder of the type that positively utilizes the diffraction pattern. For example, a main scale having a pitch close to the wavelength of the light source is used, collimated light is applied to the main scale, and the scale pattern shows a peak value at a gap position where ± 1st-order diffracted light and 0th-order light (non-diffracted light) overlap. A bright and dark image pattern can be obtained. However, in this method, a clear bright-dark pattern cannot be obtained if the gap deviates from a predetermined gap position, and the grating pitch of the main scale is P, the light source wavelength is λ, and the distance P 2 / λ (or an integral multiple thereof) from the main scale. It is necessary to place the index scale exactly in position. For example, scale grating pitch P = 8 μm, light source wavelength λ = 70
When it is 0 nm, P 2 /λ=91.4 μm. It is difficult to accurately adjust such a small gap, and even if positioning is possible, a slight gap variation causes S /
N is greatly deteriorated.
【０００４】この様な難点を解消する方式として、拡散
光源を用い、インデックススケールを光源側と受光側に
配置して、３個の格子の重なりの変化を利用するように
したいわゆる３格子システムが知られている。即ち図１
８に示すように、メインスケール１に対して受光側イン
デックススケール３と光源側インデックススケール２の
３格子を用いる。光源４としてはＬＥＤ等の拡散光源を
用い、インデックススケール２により所定ピッチＰ２の
二次光源アレイを得る。この二次光源アレイからの照明
によるメインスケール１の明暗パターンを受光側インデ
ックススケール３で変調することにより、受光素子５で
スケール変位に対応して変化する出力信号を得る。As a method for solving such a difficulty, there is a so-called three-grating system in which a diffused light source is used, index scales are arranged on the light source side and the light receiving side, and a change in the overlap of three gratings is utilized. Are known. That is, FIG.
As shown in FIG. 8, three gratings of the light receiving side index scale 3 and the light source side index scale 2 are used for the main scale 1. A diffused light source such as an LED is used as the light source 4, and a secondary light source array having a predetermined pitch P2 is obtained by the index scale 2. By modulating the light-dark pattern of the main scale 1 by the illumination from the secondary light source array by the light-receiving side index scale 3, the light-receiving element 5 obtains an output signal that changes corresponding to the scale displacement.
【０００５】この様な３格子システムを、図１９に示す
ような反射型として構成して、光源側インデックススケ
ール２と受光側インデックススケール３を共有させる方
式は、例えば特公昭６０−２３２８２号公報に示されて
いる。この公報において、メインスケールとインデック
ススケールの格子ピッチの関係を設定することより、幾
何光学像パターンを検出する方式（以下、幾何光学方
式）とすることができ、また回折像パターンを得る方式
（以下、回折効果方式）とすることもできることが示さ
れている。A system in which such a three-grating system is constructed as a reflection type as shown in FIG. 19 and the light source side index scale 2 and the light receiving side index scale 3 are shared is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 60-23282. It is shown. In this publication, a geometrical optical image pattern detection method (hereinafter, geometrical optical method) can be provided by setting a relationship between the main scale and the index scale grating pitch, and a method for obtaining a diffraction image pattern (hereinafter , The diffraction effect method).
【０００６】図２０（ａ）（ｂ）はそれぞれ幾何光学方
式と回折効果方式のスケール格子と像パターンの例を示
している。反射型の場合、各ケール間距離は、ｕ＝ｖで
ある。図２０（ａ）の幾何光学方式の場合、メインスケ
ールピッチＰ１に対して、光源側及び受光側のインデッ
クススケールピッチをＰ２＝Ｐ３＝２Ｐ１として、メイ
ンスケールを直進する光成分の重ね合わせによる明暗パ
ターンが得られる。図２０（ｂ）の回折効果方式の場合
は、Ｐ２＝Ｐ３＝Ｐ１として、メインスケールでの±１
次回折光と０次光の重なりによる明暗パターンを得るこ
とができる。20 (a) and 20 (b) show examples of a scale grating and an image pattern of the geometrical optics type and the diffraction effect type, respectively. In the case of the reflection type, the distance between each scale is u = v. In the case of the geometrical optics method of FIG. 20A, a light-dark pattern is formed by superimposing light components that go straight on the main scale, with the index scale pitch on the light source side and the light receiving side set to P2 = P3 = 2P1 with respect to the main scale pitch P1. Is obtained. In the case of the diffraction effect method of FIG. 20 (b), P2 = P3 = P1 and ± 1 on the main scale is set.
It is possible to obtain a bright and dark pattern due to the overlapping of the 0th order diffracted light.
【０００７】特公昭６０−２３２８２号公報の技術は、
図２０の例に示すように、Ｐ２＝Ｐ３として、光源側イ
ンデックススケールと受光側インデックススケールを共
用させるものであるが、これに対して、同様の３格子シ
ステムの反射型の光学エンコーダであって、光源用イン
デックススケールと受光用インデックススケールを共通
基板を用いて別々の格子ピッチで形成することにより、
格子ピッチの設計の自由度を増す技術が、例えば実公平
７−８８８号公報に示されている。The technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-23282 is as follows.
As shown in the example of FIG. 20, the light source side index scale and the light receiving side index scale are shared by setting P2 = P3. On the other hand, a reflective optical encoder of a similar three-grating system is used. By forming the light source index scale and the light receiving index scale at different grid pitches using a common substrate,
A technique for increasing the degree of freedom in designing the grating pitch is disclosed in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 7-888.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来提案されている３
格子システムの反射型の光学式エンコーダにおいては、
受光側のインデックススケールで９０°位相のずれた二
つの変位出力信号を得るためには、空間的位相を異なら
せた二つの格子部を別々の部位に設けることが必要であ
り、更にこれらと位相が１８０°ずれた変位出力信号を
得るためには、更に二つの格子部を別の部位に設けるこ
とが必要になる。このため、変位出力信号が光量分布や
スケールのムラの影響を受け易い。従って、スケール部
材のアラインメント調整が難しく、ヨウ、ピッチ、ロー
ル等の僅かな機械的回転が特性を大きく劣化させるとい
う問題がある。Problems to be Solved by the Invention
In the reflection type optical encoder of the grating system,
In order to obtain two displacement output signals that are 90 ° out of phase with the index scale on the light receiving side, it is necessary to provide two grating parts with different spatial phases at different parts. In order to obtain a displacement output signal with a shift of 180 °, it is necessary to further provide two grating portions at different portions. Therefore, the displacement output signal is easily affected by the light amount distribution and scale unevenness. Therefore, it is difficult to adjust the alignment of the scale member, and there is a problem that slight mechanical rotation of the yaw, pitch, roll, etc. greatly deteriorates the characteristics.
【０００９】一方、受光側インデックススケールを兼ね
て受光素子アレイを用いる方式が考えられるが、この場
合光源側インデックススケールと受光素子アレイの取り
付けの際のアラインメント調整が必要であり、僅かの調
整ズレが特性を劣化させる。更にスケールピッチを微細
化した場合、スケールピッチの微細化に対応させた受光
素子アレイの微細化が製造技術上難しいという問題があ
る。On the other hand, a method of using the light-receiving element array also as the light-receiving side index scale is conceivable. In this case, alignment adjustment is required when the light-source side index scale and the light-receiving element array are attached, and a slight misalignment occurs. Deteriorate the characteristics. Further, when the scale pitch is made finer, there is a problem in that it is difficult in terms of manufacturing technology to make the light receiving element array finer in correspondence with the finer scale pitch.
【００１０】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、難しいギャップ調整やアラインメント調整を要
せず、高分解能特性を得ることを可能とした光学式エン
コーダを提供することを目的としている。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical encoder capable of obtaining high resolution characteristics without requiring difficult gap adjustment and alignment adjustment. .
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】この発明は、所定ギャッ
プをおいて相対移動可能に配置された第１，第２の部材
の相対変位を光学的に測定するエンコーダにおいて、前
記第１の部材は、反射部と非反射部が所定ピッチで配列
されて反射型格子を構成するメインスケールを有し、前
記第２の部材は、前記メインスケールを照射して所定の
反射像パターンを生じさせる光照射手段と、前記メイン
スケールから得られる反射像パターンを検出する受光手
段とを有し、前記光照射手段は、拡散光を出す光源と、
光透過部と不透過部が所定ピッチで配列されて透過型格
子を構成して前記メインスケールを照射する二次光源ア
レイとなる光源用インデックススケールとから構成さ
れ、前記受光手段は、半導体基板に複数の受光素子が配
列形成されて前記反射像パターンを前記相対変位に応じ
て変調した変位出力信号を得ると共に隣接する前記受光
素子間で異なる位相の前記変位出力信号を得る受光素子
アレイにより構成され、且つ、前記受光素子アレイと前
記光源用インデックススケールは、前記受光素子アレイ
の受光面と前記光源用インデックススケールの透過型格
子面を揃えて一体に構成されていることを特徴としてい
る。According to the present invention, in an encoder for optically measuring the relative displacement of first and second members arranged so as to be relatively movable with a predetermined gap, the first member is , A main scale that has a reflective portion and a non-reflective portion arranged at a predetermined pitch to form a reflective grating, and the second member irradiates the main scale with light to generate a predetermined reflection image pattern. Means, and a light receiving means for detecting a reflection image pattern obtained from the main scale, the light irradiation means, a light source for emitting diffused light,
The light-transmitting part and the non-transmissive part are arranged at a predetermined pitch to form a transmissive grating to form a secondary light source array that illuminates the main scale. A plurality of light receiving elements are arranged to form a light receiving element array that obtains a displacement output signal obtained by modulating the reflected image pattern according to the relative displacement and obtains the displacement output signals of different phases between the adjacent light receiving elements. Further, the light receiving element array and the light source index scale are characterized in that they are integrally formed by aligning the light receiving surface of the light receiving element array and the transmission type grating surface of the light source index scale.
【００１２】この発明において好ましくは、前記受光素
子アレイと前記光源用インデックススケールは、前記受
光素子アレイの受光面と前記光源用インデックススケー
ルの透過型格子面とが前記メインスケールに対向する側
で同一面となるように一体に接合されたものとする。ま
たこの発明において好ましくは、前記光源用インデック
ススケールは、透明基板を用いてこの透明基板の前記光
源側の面に透過型格子が形成されたものであり、前記受
光素子アレイは前記透明基板の前記透過型格子が形成さ
れた領域に隣接する位置に前記受光面を前記透過型格子
が形成された面と対向させて搭載されたものとする。こ
の発明においてはまた、前記受光素子アレイは、前記光
源用インデックススケールの前記相対変位方向の中央部
に搭載され、前記光源用インデックススケールは前記受
光素子アレイが搭載された領域の周囲に前記透過型格子
が形成されているものとする。この発明はまた、複数個
の光源用インデックススケールを備えて、これら複数個
の光源用インデックススケールが、前記受光素子アレイ
の周囲に配置されて前記受光素子アレイの受光面と前記
複数の光源用インデックススケールの透過型格子面とを
揃えて前記受光素子アレイと一体に構成されていること
を特徴としている。In the present invention, preferably, the light receiving element array and the light source index scale are the same on the side where the light receiving surface of the light receiving element array and the transmissive grating surface of the light source index scale face the main scale. It shall be integrally joined so that it becomes a surface. In the present invention, preferably, the light source index scale is a transparent substrate on which a transmissive grating is formed on a surface of the transparent substrate on the light source side, and the light receiving element array is the transparent substrate. It is assumed that the light receiving surface is mounted at a position adjacent to the region where the transmission type grating is formed, with the light receiving surface facing the surface where the transmission type grating is formed. In this invention, the light-receiving element array is mounted at a central portion of the light source index scale in the relative displacement direction, and the light source index scale is provided around the area where the light-receiving element array is mounted. It is assumed that a grid is formed. The present invention further includes a plurality of light source index scales, and the plurality of light source index scales are arranged around the light receiving element array and the light receiving surface of the light receiving element array and the plurality of light source indexes. It is characterized in that it is formed integrally with the light receiving element array by aligning it with the transmission type lattice plane of the scale.
【００１３】更にこの発明において好ましくは、前記受
光素子アレイの前面に、前記メインスケールの格子とは
所定角度傾斜した光透過部と不透過部が配列形成されて
メインスケールとの間でモアレ縞を生じさせる透過型格
子を構成する受光用インデックススケールが更に配置さ
れ、前記受光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞
を検出するための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期
方向に配列形成されたものとする。更にまたこの発明に
おいて好ましくは、前記メインスケールの格子と前記光
源用インデックススケールの格子とは、モアレ縞を生じ
させるべく互いに所定角度傾斜させて配列され、前記受
光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞を検出する
ための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期方向に配列
形成されたものとする。Further, in the present invention, preferably, on the front surface of the light receiving element array, light transmitting portions and non-transmissive portions which are inclined at a predetermined angle with respect to the main scale grating are arrayed to form moire fringes with the main scale. A light-receiving index scale forming a transmissive grating to be generated is further arranged, and in the light-receiving element array, a plurality of light-receiving elements for detecting the moire fringes are arrayed and formed on a semiconductor substrate in the periodic direction of the moire fringes. I shall. Furthermore, in the present invention, preferably, the main scale grating and the light source index scale grating are arranged at a predetermined angle with respect to each other to generate moire fringes, and the light receiving element array is formed on the semiconductor substrate by the moire. It is assumed that a plurality of light receiving elements for detecting fringes are arranged and formed in the periodic direction of the moire fringes.
【００１４】この発明に係る光学式エンコーダは、３格
子システムの反射型エンコーダであって、受光側のイン
デックススケールを兼ねた受光素子アレイが光源用イン
デックススケールと一体に構成されているため、これら
の取り付けの際のアラインメント調整が要らず、高性能
特性を得ることができる。また、受光用インデックスス
ケールを用いた場合と異なり、狭い受光面範囲で２相あ
るいは４相の変位出力信号を得ることができる。従っ
て、スケール取付のアラインメント誤差の影響が小さ
く、４相間のバランスがよい出力信号を得ることがで
き、電気的調整が不要となる。またこの発明において、
モアレ縞を生じさせる受光用インデックススケールを配
置し、あるいは光源用インデックススケールとメインス
ケールの間でモアレ縞を生じさせて、モアレ縞を検出す
る方式とすることにより、受光素子アレイの配列ピッチ
をそれ程微細化する事なく、高分解能特性を得ることが
できる。The optical encoder according to the present invention is a reflection type encoder of a three-grating system, and since the light receiving element array which also serves as the index scale on the light receiving side is integrally formed with the light source index scale, High-performance characteristics can be obtained without the need for alignment adjustment during mounting. Further, unlike the case where the light receiving index scale is used, a 2-phase or 4-phase displacement output signal can be obtained in a narrow light receiving surface range. Therefore, the influence of the alignment error of the scale attachment is small, and an output signal having a good balance between the four phases can be obtained, and electrical adjustment is unnecessary. Also in this invention,
By arranging a light-receiving index scale that causes moire fringes, or by causing moire fringes between the light source index scale and the main scale to detect moire fringes, the array pitch of the light-receiving element array can be reduced. High resolution characteristics can be obtained without miniaturization.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１は、この発明の一実施例に係
る光学式エンコーダの構成を示す斜視図であり、図２は
その主要部の平面図である。第１の部材１０と第２の部
材２０が所定ギャップをもって、矢印ｘで示すように相
対移動可能に配置される。第１の部材１０の第２の部材
２０に対向する面にはメインスケールＧ１が取り付けら
れている。メインスケールＧ１は、基板３１にＡｌ膜等
による光反射部３２と非反射部３３（光透過部または光
吸収部）とが所定ピッチＰｓで配列形成された反射型の
スケールである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of its main part. The first member 10 and the second member 20 are arranged with a predetermined gap so as to be relatively movable as indicated by an arrow x. The main scale G1 is attached to the surface of the first member 10 facing the second member 20. The main scale G1 is a reflective scale in which a light reflecting portion 32 and a non-reflecting portion 33 (light transmitting portion or light absorbing portion) made of an Al film or the like are arranged and formed on the substrate 31 at a predetermined pitch Ps.
【００１６】第２の部材２０の第１の部材１０に対向す
る面には、メインスケールＧ１を照射する手段として、
拡散光源であるＬＥＤ４０とその拡散光を受けて二次光
源アレイを構成する光源用インデックススケールＧ２、
及びメインスケールＧ１からの反射像パターンを受光す
るフォトダイオードアレイＰＤＡが配置されている。光
源用インデックススケールＧ２は、透明基板５１のメイ
ンスケールＧ１に対向する側の面にＣｒ膜等による不透
過部５２と光透過部５３とを所定ピッチＰａで配列形成
した透過型格子である。フォトダイオードアレイＰＤＡ
は、例えばｎ型シリコン基板６１にｐ型層を拡散形成し
たフォトダイオード６２を所定ピッチＰｂで配列形成し
たものである。As a means for irradiating the main scale G1 on the surface of the second member 20 facing the first member 10,
An LED 40 which is a diffused light source and a light source index scale G2 which forms a secondary light source array by receiving the diffused light.
And a photodiode array PDA for receiving the reflected image pattern from the main scale G1. The light source index scale G2 is a transmissive grating in which a non-transmissive portion 52 and a light transmissive portion 53 made of a Cr film or the like are arrayed at a predetermined pitch Pa on the surface of the transparent substrate 51 facing the main scale G1. Photodiode array PDA
Is, for example, a photodiode 62 in which a p-type layer is diffused and formed on an n-type silicon substrate 61 and arranged at a predetermined pitch Pb.
【００１７】この実施例においては、フォトダイオード
アレイＰＤＡのシリコン基板６１と光源用インデックス
スケールＧ２の透明基板５１とは、同じ厚みを有し、そ
れらの側面が接合されて一体化された状態で第２の部材
２０に取り付けられている。In this embodiment, the silicon substrate 61 of the photodiode array PDA and the transparent substrate 51 of the light source index scale G2 have the same thickness, and their side surfaces are joined together to form a single unit. It is attached to the second member 20.
【００１８】メインスケールＧ１のピッチＰｓと光源用
インデックススケールＧ２のピッチＰａとは、フォトダ
イオードアレイＰＤＡの面上の幾何光学像パターンを検
出する場合には、Ｐａ＝２ｎ・Ｐｓ（ｎは正の整数）を
満たすように設定される。また、回折像パターンを検出
する場合には、Ｐａ＝ｎ・Ｐｓを満たすように設定され
る。メインスケールＧ１のピッチＰｓとフォトダイオー
ドアレイＰＤＡのピッチＰｂとの関係は例えば、図３に
具体例を示したように、各フォトダイオード６２の幅が
Ｐｓ／２、間隔がＰｓ／４、従って、Ｐｂ＝３Ｐｓ／４
を満たすように設定される。これによりフォトダイオー
ドアレイＰＤＡからは、スケール変位ｘに応じて図４に
示すように、Ａ，Ｂ，ＡＢ，ＢＢの４相の出力電流が得
られる。The pitch Ps of the main scale G1 and the pitch Pa of the index scale G2 for the light source are Pa = 2n · Ps (n is a positive value) when detecting the geometrical optical image pattern on the surface of the photodiode array PDA. Integer) is set. When detecting a diffraction pattern, it is set to satisfy Pa = n · Ps. The relationship between the pitch Ps of the main scale G1 and the pitch Pb of the photodiode array PDA is, for example, as shown in a specific example in FIG. 3, the width of each photodiode 62 is Ps / 2, the interval is Ps / 4, and Pb = 3Ps / 4
Is set to meet. As a result, four-phase output currents A, B, AB, and BB are obtained from the photodiode array PDA in accordance with the scale displacement x, as shown in FIG.
【００１９】これらの４相出力電流は、それぞれ電流電
圧変換器６３ａ〜６３ｄにより電圧値に変換された後、
差動増幅器６４ａ，６４ｂにより互いに１８０°位相が
ずれたＡ，ＡＢ相間、及びＢ，ＢＢ相間の差動がとられ
て、互いに９０°位相がずれたＡ，Ｂ相の二つの変位信
号が得られる。これらの変位信号を公知の方法で処理す
ることにより、スケール変位が求められる。These four-phase output currents are converted into voltage values by the current-voltage converters 63a to 63d, respectively,
The differential amplifiers 64a and 64b take a differential between the A and AB phases which are 180 ° out of phase with each other and between the B and BB phases to obtain two displacement signals of the A and B phases which are out of phase with each other by 90 °. To be The scale displacement is obtained by processing these displacement signals by a known method.
【００２０】この実施例によると、受光部にはインデッ
クススケールを用いることなく、実質的に３格子システ
ムを応用した反射型の光学式エンコーダが得られる。ま
た、フォトダイオードアレイＰＤＡと光源用インデック
ススケールＧ２とは基板を同じ厚みとしてこれらを接合
して一体化しているため、これらを別々に取り付けた場
合に生じる相対的な傾き等のアラインメント誤差が生じ
ない。According to this embodiment, it is possible to obtain a reflection type optical encoder substantially using a three-grating system without using an index scale in the light receiving section. Further, since the photodiode array PDA and the light source index scale G2 have the same thickness of the substrate and are bonded and integrated, an alignment error such as a relative inclination that occurs when these are mounted separately does not occur. .
【００２１】また、受光用インデックススケールを用い
る方式では、２相の変位出力信号のために空間的に離れ
た位置に二つの格子部を必要とし、４相の変位出力信号
を得るためには空間的に離れた４個の格子部を必要とす
るのに対し、隣接フォトダイオードが異なる位相の変位
出力を出すようにフォトダイオードを配列したフォトダ
イオードアレイＰＤＡを用いるこの実施例の方式では狭
い受光面範囲で４相の変位出力信号を得ることができ
る。従って、光量分布のアンバランスの影響やスケール
取付のアラインメント誤差の影響が小さい。Further, in the system using the light receiving index scale, two grating portions are required at spatially separated positions for two-phase displacement output signals, and space is required to obtain four-phase displacement output signals. In the method of this embodiment, a photodiode array PDA in which photodiodes are arrayed so that adjacent photodiodes output displacements of different phases is used in contrast to the case where four grating portions which are physically separated are required. Displacement output signals of four phases can be obtained in the range. Therefore, the influence of the imbalance of the light amount distribution and the influence of the alignment error of the scale mounting are small.
【００２２】また、実公平７−８８８号公報に示されて
いるように、光源用と受光用のインデックススケールを
共通基板に形成すると、光源と受光素子はこのインデッ
クススケールの同じ側に配置されるため、インデックス
スケールで直接反射されて受光素子に入る拡散光成分が
無視できず、これが出力信号に重畳されて悪影響を与え
る。この実施例によると、光源用インデックススケール
Ｇ２からの拡散光成分がメインスケールＧ１に入らずに
直接フォトダイオードアレイＰＤＡに漏れ込むというこ
とがなく、出力信号のＳ／Ｎが高いものとなる。Further, as disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 7-888, when a light source and a light receiving index scale are formed on a common substrate, the light source and the light receiving element are arranged on the same side of this index scale. Therefore, the diffused light component that is directly reflected by the index scale and enters the light receiving element cannot be ignored, and this is superposed on the output signal and adversely affects it. According to this embodiment, the diffused light component from the light source index scale G2 does not directly leak into the photodiode array PDA without entering the main scale G1, and the S / N of the output signal becomes high.
【００２３】図５は、別の実施例の光学式エンコーダの
要部構成を図２に対応させて示す。先の実施例と異なる
点を説明すれば、この実施例では、光源用インデックス
スケールＧ２は、透明基板５１の光源４０側の面に光透
過部５３と不透過部５２を配列してスケール格子を形成
している。そして同じ透明基板５１のスケール格子部に
隣接する位置に、フォトダイオードアレイＰＤＡが受光
面を下にして搭載されている。つまり、透明基板５１を
共通基板として用いて光源用インデックススケールＧ２
とフォトダイオードアレイＰＤＡが一体化されている。
この実施例によると、光源用インデックススケールＧ２
とフォトダイオードアレイＰＤＡの一体化が、側面を接
合する先の実施例より容易になる。FIG. 5 shows the structure of the main part of an optical encoder of another embodiment corresponding to FIG. Explaining the points different from the previous embodiment, in this embodiment, the light source index scale G2 has a scale grating formed by arranging the light transmissive portions 53 and the non-transmissive portions 52 on the surface of the transparent substrate 51 on the light source 40 side. Is forming. Then, the photodiode array PDA is mounted on the same transparent substrate 51 at a position adjacent to the scale lattice portion with the light receiving surface facing downward. That is, the transparent substrate 51 is used as a common substrate and the light source index scale G2 is used.
And the photodiode array PDA are integrated.
According to this embodiment, the light source index scale G2
The integration of the photodiode array PDA and the photodiode array PDA becomes easier than in the previous embodiment where the side surfaces are joined.
【００２４】図６は、更に別の実施例の光学式エンコー
ダである。この実施例は図１の実施例を基本として、フ
ォトダイオードアレイＰＤＡの両サイドに光源用インデ
ックススケールＧ２ａ，Ｇ２ｂを配置し、更にフォトダ
イオードアレイＰＤＡの上部にも光源用インデックスス
ケールＧ２ｃを配置して、光源４０からの拡散光をレン
ズ７０により更に拡大してこれらのインデックススケー
ルＧ２ａ〜Ｇ２ｃに照射するようにしたものである。こ
の場合も、インデックススケールＧ２ａ〜Ｇ２ｃとフォ
トダイオードアレイＰＤＡは、基板厚みを揃えて側面を
接合して一体化される。この実施例によると、フォトダ
イオードアレイＰＤＡの受光面に３方からの照明による
メインスケールＧ１の反射像パターンが投影されるか
ら、フォトダイオードアレイＰＤＡ上の光量分布が均一
になる。FIG. 6 shows an optical encoder according to still another embodiment. In this embodiment, the light source index scales G2a and G2b are arranged on both sides of the photodiode array PDA, and the light source index scale G2c is also arranged above the photodiode array PDA based on the embodiment of FIG. The diffused light from the light source 40 is further enlarged by the lens 70 to irradiate these index scales G2a to G2c. Also in this case, the index scales G2a to G2c and the photodiode array PDA are integrated by aligning the substrate thickness and joining the side surfaces. According to this embodiment, since the reflection image pattern of the main scale G1 by the illumination from three directions is projected on the light receiving surface of the photodiode array PDA, the light amount distribution on the photodiode array PDA becomes uniform.
【００２５】図７は、図５の構成法を利用して、実質的
に図６と同様の構成を実現した実施例である。フォトダ
イオードアレイＰＤＡは、光源用インデックススケール
Ｇ２の透明基板５１の透過型格子が形成された光源側の
面の相対変位方向の中央部に受光面を下向きにして搭載
されている。光源用インデックススケールＧ２の透過型
格子は、フォトダイオードアレイＰＤＡの周囲に、即ち
フォトダイオードアレイＰＤＡを挟む左右領域およびフ
ォトダイオードアレイＰＤＡの上部に形成されている。
この実施例によると、１枚の光源用インデックススケー
ル基板を用いて、実質的に図６と同様の構成が得られる
から、アラインメントが容易である。FIG. 7 shows an embodiment in which the construction of FIG. 5 is utilized to realize a construction substantially similar to that of FIG. The photodiode array PDA is mounted with the light-receiving surface facing downward at the center of the surface of the transparent substrate 51 of the light source index scale G2 on the light source side where the transmissive grating is formed in the relative displacement direction. The transmissive grating of the light source index scale G2 is formed around the photodiode array PDA, that is, in the left and right regions sandwiching the photodiode array PDA and above the photodiode array PDA.
According to this embodiment, the structure substantially similar to that shown in FIG. 6 can be obtained by using one light source index scale substrate, so that the alignment is easy.
【００２６】図８は、モアレ縞パターンを得る方式の光
学式エンコーダの実施例の要部構成を示す斜視図であ
り、図９はその平面図である。メインスケールＧ１と光
源用インデックススケールＧ２及び拡散光源４０の部分
は、図５の実施例と同様である。光源用インデックスス
ケールＧ２を形成した透明基板５１上にこの実施では、
メインスケール格子に対して僅かに傾斜した光透過部８
２と不透過部８１の配列によるモアレ縞生成用の受光用
インデックススケールＧ３が形成されている。この受光
用インデックススケールＧ３の不透過部８１と光透過部
８２は、光源用インデックススケールＧ２の不透過部５
２と透過部５２と同時に透明基板５１上にパターン形成
される。FIG. 8 is a perspective view showing the structure of the essential part of an embodiment of an optical encoder of the type for obtaining a moire fringe pattern, and FIG. 9 is a plan view thereof. The main scale G1, the light source index scale G2, and the diffused light source 40 are the same as in the embodiment of FIG. In this embodiment, on the transparent substrate 51 on which the light source index scale G2 is formed,
Light transmission part 8 slightly inclined with respect to the main scale grating
2 and an opaque portion 81 are arranged to form a light-receiving index scale G3 for generating moire fringes. The non-transmissive portion 81 and the light transmissive portion 82 of the light receiving index scale G3 are the non-transmissive portion 5 of the light source index scale G2.
2 and the transmissive portion 52 are simultaneously patterned on the transparent substrate 51.
【００２７】フォトダイオードアレイＰＤＡは、受光用
インデックススケールＧ３の格子面にその受光面を下に
して搭載されている。フォトダイオードアレイＰＤＡ
は、ｎ型シリコン基板９１にｐ型層によるフォトダイオ
ード９２を形成したものであるが、フォトダイオード９
２の配列方向は先の実施例と異なり、形成されるモアレ
縞の周期方向に配列される。The photodiode array PDA is mounted on the grating surface of the light receiving index scale G3 with the light receiving surface facing down. Photodiode array PDA
Is a photodiode 92 having a p-type layer formed on an n-type silicon substrate 91.
Different from the previous embodiment, the arrangement direction of 2 is arranged in the periodic direction of the moire fringes to be formed.
【００２８】図１０は、メインスケールＧ１と受光用イ
ンデックススケールＧ３により形成されるモアレ縞とフ
ォトダイオードアレイＰＤＡの関係を示す。図示のよう
に各格子のピッチｄと格子の傾斜角θにより決まるモア
レ縞が得られ、そのモアレ縞の１周期Ｐｍに対して、３
Ｐｍ／４のピッチでフォトダイオード９２を配列するこ
とにより、スケール変位に伴うモアレ縞の変位によっ
て、Ａ，ＢＢ，ＡＢ，Ｂの４相の変位信号を得ることが
できる。FIG. 10 shows the relationship between the moire fringes formed by the main scale G1 and the light receiving index scale G3 and the photodiode array PDA. As shown in the figure, moire fringes determined by the pitch d of each grating and the inclination angle θ of the grating are obtained, and 3 is obtained for one period Pm of the moire fringes.
By arranging the photodiodes 92 at a pitch of Pm / 4, the displacement signals of four phases A, BB, AB, and B can be obtained by the displacement of the moire fringes accompanying the displacement of the scale.
【００２９】この実施例によると、スケールピッチを微
細化した場合にも、モアレにより実質的にスケールピッ
チを拡大することができ、フォトダイオードアレイＰＤ
Ａの製造が容易になる。具体的に、例えばメインスケー
ルＧ１の格子ピッチＰｓ、光源用インデックススケール
Ｇ２の格子ピッチＰａ、受光用インデックススケールＧ
３の格子ピッチＰｂを、Ｐｓ＝Ｐａ＝Ｐｂ＝８μm （＝
ｄ）とし、θ≒２３．０７４°として、フォトダイオー
ドアレイＰＤＡは、ダイオード幅１０μm 、ピッチ１５
μm で配列することができる。According to this embodiment, even when the scale pitch is made fine, the scale pitch can be substantially expanded by the moire, and the photodiode array PD
The production of A becomes easy. Specifically, for example, the grating pitch Ps of the main scale G1, the grating pitch Pa of the light source index scale G2, the light receiving index scale G
The lattice pitch Pb of 3 is Ps = Pa = Pb = 8 μm (=
d) and θ≈23.074 °, the photodiode array PDA has a diode width of 10 μm and a pitch of 15
It can be arrayed in μm.
【００３０】図１１及び図１２は、上記実施例を変形し
た実施例のそれぞれ図８及び図９に対応する構成であ
る。この実施例では、モアレ用の受光用インデックスス
ケールＧ３は光源用インデックススケールＧ２とは別
に、フォトダイオードアレイＰＤＡの受光面上に、金属
膜の蒸着とパターニングによって不透過部８１と光透過
部８２を形成して作られる。図１３はその様子を拡大し
て示した斜視図である。フォトダイオードアレイＰＤＡ
の受光面は例えばＳｉＯ2のような絶縁膜９３で覆わ
れ、この上に受光用インデックススケールパターンが形
成される。FIGS. 11 and 12 show configurations corresponding to FIGS. 8 and 9, respectively, which are modified examples of the above embodiment. In this embodiment, in addition to the light source index scale G2, the moiré light-receiving index scale G3 has a non-transmissive portion 81 and a light-transmissive portion 82 formed on the light-receiving surface of the photodiode array PDA by vapor deposition and patterning of a metal film. Formed and made. FIG. 13 is an enlarged perspective view showing the situation. Photodiode array PDA
The light receiving surface of is covered with an insulating film 93 such as SiO 2 , and a light receiving index scale pattern is formed thereon.
【００３１】そして、光源用インデックススケールＧ２
の透明基板５１とフォトダイオードアレイＰＤＡのシリ
コン基板９１を、図１の実施例と同様に同じ厚みとして
それらの側面を接合して一体化している。なおこの実施
例のように受光用インデックススケールＧ３を一体形成
したフォトダイオードアレイＰＤＡを、図８の実施例と
同様に光源用インデックススケールＧ２の基板上に搭載
して光源用インデックススケールＧ２と一体化すること
もできる。The light source index scale G2
The transparent substrate 51 and the silicon substrate 91 of the photodiode array PDA have the same thickness, and their side surfaces are bonded and integrated as in the embodiment of FIG. The photodiode array PDA integrally formed with the light receiving index scale G3 as in this embodiment is mounted on the substrate of the light source index scale G2 and integrated with the light source index scale G2 as in the embodiment of FIG. You can also do it.
【００３２】図１４及び図１５は、モアレ方式の反射型
エンコーダの他の実施例を示す要部斜視図と平面図であ
る。この実施例では、モアレ用の透過型インデックスス
ケールＧ２３を光源側に配置して、これを二次光源アレ
イを得るための透過型格子としても用いるようにしたも
のである。このフォトダイオードアレイＰＤＡの基板と
インデックススケールＧ２３の基板は同じ厚みを有し、
図１の実施例と同様に側面を接合して一体化されてい
る。言い換えれば、図１１におけるモアレ用インデック
ススケールＧ３と光源側インデックススケールＧ２を共
有として光源側に配置したものである。この方式は、光
源用インデックススケールＧ２３とメインスケールＧ１
との格子間でモアレ縞を生じさせるもので、フォトダイ
オードアレイＰＤＡの受光面積を大きく確保できる点で
有利である。FIG. 14 and FIG. 15 are a perspective view and a plan view of a main portion showing another embodiment of the reflection encoder of the moire type. In this embodiment, a transmissive index scale G23 for moire is arranged on the light source side and is also used as a transmissive grating for obtaining a secondary light source array. The substrate of the photodiode array PDA and the substrate of the index scale G23 have the same thickness,
Similar to the embodiment of FIG. 1, the side surfaces are joined and integrated. In other words, the moiré index scale G3 and the light source side index scale G2 in FIG. 11 are arranged in common on the light source side. This method uses the light source index scale G23 and the main scale G1.
Moire fringes are generated between the grids of and, which is advantageous in that a large light receiving area of the photodiode array PDA can be secured.
【００３３】図１６及び図１７は、更に別の実施例のモ
アレ方式の反射型エンコーダを示す要部斜視図と平面図
である。モアレ用を兼ねた光源側のインデックススケー
ルＧ２３が、透明基板５１の光源側の面に光透過部５３
と不透過部５２を配列形成して構成されている。そして
同じ透明基板５１の格子部に隣接する位置にフォトダイ
オードアレイＰＤＡがその受光面を下にして搭載されて
いる。この実施例によっても先の実施例と同様の効果が
得られる。FIGS. 16 and 17 are a perspective view and a plan view of a main part of a moire type reflective encoder of still another embodiment. The light source side index scale G23 also serving as a moire is provided on the light source side surface of the transparent substrate 51 with the light transmitting portion 53.
And opaque portions 52 are formed in an array. The photodiode array PDA is mounted on the same transparent substrate 51 at a position adjacent to the lattice portion with the light receiving surface thereof facing down. According to this embodiment, the same effect as the previous embodiment can be obtained.
【００３４】なお図１４〜図１７の実施例は、光源側イ
ンデックススケールの格子をメインスケールの格子に対
して傾斜させたが、この傾斜は相対的なものであるか
ら、光源側インデックススケールは通常通りスケール変
位方向に対しては直交する方向とし、メインスケールの
格子をスケール変位方向に直交する方向から僅かに傾斜
させたパターンとすることによっても、同様のモアレ縞
を得ることができる。14 to 17, the grating of the light source side index scale is inclined with respect to the main scale grating, but since this inclination is relative, the light source side index scale is usually The same moiré fringes can be obtained by forming the main scale grating in a pattern that is orthogonal to the normal scale displacement direction and slightly inclining the main scale grating from the direction orthogonal to the scale displacement direction.
【００３５】この発明は上記実施例に限られない。例え
ば上記実施例では、光源用インデックススケールとフォ
トダイオードアレイはそれぞれ別個に形成した後に接合
して一体化したが、インデックススケール基板上にアモ
ルファスシリコン等の半導体膜を堆積して、この半導体
膜を利用してフォトダイオードアレイを配列形成するこ
ともできる。フォトダイオードに代わってフォトトラン
ジスタを用いることもできる。また、光源用インデック
ススケールと拡散光源としてのＬＥＤを一体的に形成す
ることも可能である。例えば、大きな発光面を持つＬＥ
Ｄの発光面上に直接インデックススケール格子を金属膜
の蒸着、パターニングによって形成することができる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the light source index scale and the photodiode array are separately formed and then joined and integrated, but a semiconductor film such as amorphous silicon is deposited on the index scale substrate, and this semiconductor film is used. It is also possible to form an array of photodiode arrays. A phototransistor can be used instead of the photodiode. It is also possible to integrally form the index scale for the light source and the LED as the diffused light source. For example, LE with a large light emitting surface
The index scale grating can be directly formed on the light emitting surface of D by vapor deposition and patterning of a metal film.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、３
格子システムの反射型エンコーダであって、受光側のイ
ンデックススケールを兼ねた受光素子アレイを光源用イ
ンデックススケールと一体に構成することにより、受光
素子アレイと光源用インデックススケールとの間のアラ
インメント調整が要らず、高性能特性を得ることができ
る。また、受光用インデックススケールを用いた場合と
異なり、狭い受光面範囲で２相あるいは４相の変位出力
信号を得ることができ、光量分布のばらつきやアライン
メント誤差の影響が小さく、４相間のバランスがよい出
力信号を得ることができて電気的調整が不要となる。ま
たこの発明によると、モアレ縞を生じさせる受光用イン
デックススケールを配置し、あるいは光源用インデック
ススケールとメインスケールの間でモアレ縞を生じさせ
て、モアレ縞を検出する方式とすることにより、受光素
子アレイの配列ピッチをそれ程微細化する事なく、高分
解能特性を得ることができる。As described above, according to the present invention, 3
A reflective encoder for a grating system, in which the light receiving element array that also serves as the light receiving side index scale is configured integrally with the light source index scale, so that alignment adjustment between the light receiving element array and the light source index scale is required. Therefore, high performance characteristics can be obtained. Further, unlike the case where the index scale for light reception is used, a displacement output signal of two phases or four phases can be obtained in a narrow light receiving surface range, the influence of the light quantity distribution variation and the alignment error is small, and the balance between the four phases is small. A good output signal can be obtained and no electrical adjustment is required. Further, according to the present invention, a light receiving index scale for generating the moire fringes is arranged, or a moire fringes is generated between the light source index scale and the main scale to detect the moire fringes. High resolution characteristics can be obtained without making the array pitch of the array so fine.
【図１】 この発明の一実施例に係る光学式エンコーダ
の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical encoder according to an embodiment of the present invention.
【図２】 同実施例の要部構成を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a main part of the embodiment.
【図３】 同実施例のメインスケールとフォトダイオー
ドアレイの配列関係を示す。FIG. 3 shows an arrangement relationship between a main scale and a photodiode array of the same embodiment.
【図４】 同実施例の出力電流特性を示す。FIG. 4 shows output current characteristics of the same embodiment.
【図５】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a main configuration of an optical encoder according to another embodiment.
【図６】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a main configuration of an optical encoder according to another embodiment.
【図７】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a main configuration of an optical encoder of another embodiment.
【図８】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a main configuration of an optical encoder of another embodiment.
【図９】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を示
す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing the main configuration of the optical encoder of the embodiment.
【図１０】 同実施例のモアレ縞とフォトダイオードア
レイの関係を示す。FIG. 10 shows the relationship between the moire fringes and the photodiode array of the same example.
【図１１】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成
を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a main configuration of an optical encoder according to another embodiment.
【図１２】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。FIG. 12 is a plan view showing the main configuration of the optical encoder of the embodiment.
【図１３】 同実施例のフォトダイオードアレイの構成
を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a photodiode array according to the same example.
【図１４】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成
を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a main configuration of an optical encoder according to another embodiment.
【図１５】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。FIG. 15 is a plan view showing the main configuration of the optical encoder of the embodiment.
【図１６】 他の実施例の光学式エンコーダの要部構成
を示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view showing a main configuration of an optical encoder according to another embodiment.
【図１７】 同実施例の光学式エンコーダの要部構成を
示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing the main configuration of the optical encoder of the embodiment.
【図１８】 ３格子システムの透過型光学式エンコーダ
の構成を示す。FIG. 18 shows a configuration of a transmissive optical encoder of a three-grating system.
【図１９】 ３格子システムの反射型光学式エンコーダ
の構成を示す。FIG. 19 shows a configuration of a reflective optical encoder of a three-grating system.
【図２０】 ３格子システムの明暗像パターン形成原理
を示す。FIG. 20 shows the principle of bright and dark image pattern formation in a 3-grid system.
１０…第１の部材、２０…第２の部材、Ｇ１…メインス
ケール、３１…基板、３２…光反射部、３３…非反射
部、Ｇ２…光源用インデックススケール、５１…透明基
板、５２…不透過部、５３…光透過部、４０…拡散光
源、ＰＤＡ…フォトダイオードアレイ、６１…シリコン
基板、６２…フォトダイオード、Ｇ３…受光用インデッ
クススケール（モアレ用）、８１…不透過部、８２…光
透過部、９１…シリコン基板、９２…フォトダイオー
ド。10 ... 1st member, 20 ... 2nd member, G1 ... Main scale, 31 ... Substrate, 32 ... Light reflection part, 33 ... Non-reflection part, G2 ... Light source index scale, 51 ... Transparent substrate, 52 ... No Transmission part, 53 ... Light transmission part, 40 ... Diffuse light source, PDA ... Photodiode array, 61 ... Silicon substrate, 62 ... Photodiode, G3 ... Light receiving index scale (for moire), 81 ... Nontransmission part, 82 ... Light Transparent part, 91 ... Silicon substrate, 92 ... Photodiode.
Claims (7)
置された第１，第２の部材の相対変位を光学的に測定す
るエンコーダにおいて、 前記第１の部材は、反射部と非反射部が所定ピッチで配
列されて反射型格子を構成するメインスケールを有し、 前記第２の部材は、前記メインスケールを照射して所定
の反射像パターンを生じさせる光照射手段と、前記メイ
ンスケールから得られる反射像パターンを検出する受光
手段とを有し、 前記光照射手段は、拡散光を出す光源と、光透過部と不
透過部が所定ピッチで配列されて透過型格子を構成して
前記メインスケールを照射する二次光源アレイとなる光
源用インデックススケールとから構成され、 前記受光手段は、半導体基板に複数の受光素子が配列形
成されて前記反射像パターンを前記相対変位に応じて変
調した変位出力信号を得ると共に隣接する前記受光素子
間で異なる位相の前記変位出力信号を得る受光素子アレ
イにより構成され、且つ、 前記受光素子アレイと前記光源用インデックススケール
は、前記受光素子アレイの受光面と前記光源用インデッ
クススケールの透過型格子面を揃えて一体に構成されて
いることを特徴とする光学式エンコーダ。1. An encoder for optically measuring the relative displacement of a first member and a second member, which are arranged so as to be movable relative to each other with a predetermined gap, wherein the first member has a reflection part and a non-reflection part. The second member has a main scale that is arranged at a predetermined pitch to form a reflection type grating, and the second member is a light irradiation unit that irradiates the main scale to generate a predetermined reflection image pattern; And a light receiving means for detecting a reflected image pattern, wherein the light irradiating means comprises a light source for emitting diffused light, and a light transmission part and a non-transmission part arranged at a predetermined pitch to form a transmission type grating. And a light source index scale which is a secondary light source array for irradiating the scale, wherein the light receiving means comprises a plurality of light receiving elements arrayed on a semiconductor substrate, and the reflected image pattern is formed by the relative change. A light receiving element array that obtains a displacement output signal that is modulated according to the above, and that obtains the displacement output signals of different phases between adjacent light receiving elements, and the light receiving element array and the light source index scale are the light receiving elements. An optical encoder, characterized in that the light receiving surface of the element array and the transmission type grating surface of the light source index scale are aligned and integrally formed.
ックススケールは、前記受光素子アレイの受光面と前記
光源用インデックススケールの透過型格子面とが前記メ
インスケールに対向する側で同一面となるように一体に
接合されていることを特徴とする請求項１記載の光学式
エンコーダ。2. The light-receiving element array and the light source index scale are arranged such that the light-receiving surface of the light-receiving element array and the transmissive grating surface of the light source index scale are flush with each other on the side facing the main scale. The optical encoder according to claim 1, wherein the optical encoder is integrally joined to the.
明基板を用いてこの透明基板の前記光源側の面に透過型
格子が形成されたものであり、前記受光素子アレイは前
記透明基板の前記透過型格子が形成された領域に隣接す
る位置に前記受光面を前記透過型格子が形成された面と
対向させて搭載されていることを特徴とする請求項１記
載の光学式エンコーダ。3. The light source index scale is a transparent substrate having a transparent grating formed on a surface of the transparent substrate on the light source side, and the light receiving element array is the transparent substrate of the transparent substrate. 2. The optical encoder according to claim 1, wherein the light receiving surface is mounted at a position adjacent to the area where the grating is formed, with the light receiving surface facing the surface where the transmission grating is formed.
デックススケールの前記相対変位方向の中央部に搭載さ
れ、前記光源用インデックススケールは前記受光素子ア
レイが搭載された領域の周囲に前記透過型格子が形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の光学式エンコ
ーダ。4. The light receiving element array is mounted at a central portion of the light source index scale in the relative displacement direction, and the light source index scale is provided around the region where the light receiving element array is mounted. The optical encoder according to claim 1, wherein the optical encoder is formed.
置された第１，第２の部材の相対変位を光学的に測定す
るエンコーダにおいて、 前記第１の部材は、反射部と非反射部が所定ピッチで配
列されて反射型格子を構成するメインスケールを有し、 前記第２の部材は、前記メインスケールを照射して所定
の反射像パターンを生じさせる光照射手段と、前記メイ
ンスケールから得られる反射像パターンを検出する受光
手段とを有し、 前記光照射手段は、拡散光を出す光源と、光透過部と不
透過部が所定ピッチで配列されて透過型格子を構成して
前記メインスケールを照射する二次光源アレイとなる複
数個の光源用インデックススケールとから構成され、 前記受光手段は、半導体基板に複数の受光素子が配列形
成されて前記反射像パターンを前記相対変位に応じて変
調した変位出力信号を得ると共に隣接する前記受光素子
間で異なる位相の前記変位出力信号を得る受光素子アレ
イにより構成され、且つ、 前記複数個の光源用インデックススケールは、前記受光
素子アレイの周囲に配置されて前記受光素子アレイの受
光面と前記複数の光源用インデックススケールの透過型
格子面とを揃えて前記受光素子アレイと一体に構成され
ていることを特徴とする光学式エンコーダ。5. An encoder for optically measuring the relative displacement of first and second members arranged so as to be relatively movable with a predetermined gap, wherein the first member has a reflection part and a non-reflection part. The second member has a main scale that is arranged at a predetermined pitch to form a reflection type grating, and the second member is a light irradiation unit that irradiates the main scale to generate a predetermined reflection image pattern; And a light receiving means for detecting a reflected image pattern, wherein the light irradiating means comprises a light source for emitting diffused light, and a light transmission part and a non-transmission part are arranged at a predetermined pitch to form a transmission type grating. And a plurality of light source index scales serving as a secondary light source array for irradiating the scale, wherein the light receiving means has a plurality of light receiving elements arranged in an array on a semiconductor substrate to form the reflection image pattern in front. The plurality of light source index scales are composed of a light receiving element array that obtains a displacement output signal that is modulated according to relative displacement and that obtains the displacement output signals of different phases between adjacent light receiving elements, and An optical system which is arranged around an element array and is integrally formed with the light receiving element array by aligning the light receiving surface of the light receiving element array and the transmission type grating surface of the plurality of light source index scales. Encoder.
ンスケールの格子とは所定角度傾斜した光透過部と不透
過部が配列形成されてメインスケールとの間でモアレ縞
を生じさせる透過型格子を構成する受光用インデックス
スケールが更に配置され、 前記受光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞を検
出するための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期方向
に配列形成されていることを特徴とする請求項１記載の
光学式エンコーダ。6. A transmissive grating, in which a light-transmissive portion and a non-transmissive portion, which are inclined at a predetermined angle with respect to the main scale grating, are arranged on the front surface of the light-receiving element array to generate moire fringes with the main scale. Is further arranged, the light-receiving element array, the light-receiving element array, a plurality of light-receiving elements for detecting the moire fringes are formed in an array in the periodic direction of the moire fringes on the semiconductor substrate. The optical encoder according to claim 1.
インデックススケールの格子とは、モアレ縞を生じさせ
るべく互いに所定角度傾斜させて配列され、 前記受光素子アレイは、半導体基板に前記モアレ縞を検
出するための複数の受光素子が前記モアレ縞の周期方向
に配列形成されていることを特徴とする請求項１記載の
光学式エンコーダ。7. The main scale grating and the light source index scale grating are arranged at a predetermined angle with respect to each other to generate moire fringes, and the light receiving element array detects the moire fringes on a semiconductor substrate. 2. The optical encoder according to claim 1, wherein a plurality of light receiving elements for performing the above are arrayed and formed in the periodic direction of the moire fringes.
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